• Share
  • Email
  • Embed
  • Like
  • Save
  • Private Content
C++. Biblioteka standardowa. Podręcznik programisty
 

C++. Biblioteka standardowa. Podręcznik programisty

on

  • 1,709 views

>> Możesz kupić komplet w niższej cenie!...

>> Możesz kupić komplet w niższej cenie!

Biblioteka standardowa C++ to zestaw klas oraz interfejsów znacznie rozszerzających język C++. Nie jest ona jednak łatwa do przyswojenia. W celu pełnego wykorzystania udostępnianych przez nią komponentów oraz skorzystania z jej możliwości, konieczne jest odwołanie się do materiałów zawierających nieco więcej informacji niż tylko listę klas oraz zawartych w nich funkcji.

Książka „C++. Biblioteka standardowa. Podręcznik programisty” dostarcza wyczerpującej dokumentacji każdego z komponentów biblioteki, jak również przystępnych wyjaśnień złożonych zagadnień; prezentuje praktyczne szczegóły programowania, niezbędne do skutecznego zastosowania omawianej biblioteki w praktyce. Znajdziesz w niej również liczne przykłady działającego kodu źródłowego.

Książka „C++. Biblioteka standardowa. Podręcznik programisty” opisuje aktualną wersję biblioteki standardowej C++, w tym jej najnowsze elementy dołączone do pełnego standardu języka ANSI/ISO C++. Opis skoncentrowany jest na standardowej bibliotece wzorców STL (ang. Standard Template Library), kontenerach, iteratorach, obiektach funkcyjnych oraz algorytmach STL. W książce tej znajdziesz również szczegółowy opis kontenerów specjalnych, łańcuchów znakowych, klas numerycznych, zagadnienia lokalizacji programów oraz omówienie biblioteki IOStream. Każdy z komponentów został dokładnie przedstawiony wraz z opisem jego przeznaczenia oraz założeń projektowych, przykładami, czyhającymi pułapkami, jak również definicją udostępnianych przez niego klas oraz funkcji.

Omówione w książce zagadnienia to między innymi:

* Krótkie wprowadzenie do C++ i biblioteki standardowej
* Standardowa biblioteka wzorców
* Kontenery STL
* Obiekty funkcyjne STL
* Algorytmy STL
* Kontenery specjalne: stosy, kolejki, klasa bitset
* Łańcuchy
* Kontenery numeryczne
* Operacje wejścia-wyjścia z wykorzystaniem klas strumieniowych
* Funkcje służące umiędzynarodowieniu aplikacji
* Alokatory

„C++. Biblioteka standardowa. Podręcznik programisty” stanowi wyczerpującą, szczegółową, przystępnie napisaną oraz praktyczną książkę. Tworzy ona materiał referencyjny C++, do którego będziesz stale powracać.

Nicolai M. Josuttis jest niezależnym konsultantem technicznym, projektującym oprogramowanie obiektowe dla firm telekomunikacyjnych, transportowych, instytucji finansowych oraz przemysłu. Jest on aktywnym członkiem Komitetu Standaryzującego C++, grupy roboczej opracowującej bibliotekę oraz partnerem w System Bauhaus, niemieckiej grupie zrzeszającej uznanych ekspertów w dziedzinie programowania obiektowego. Nicolai M. Josuttis jest autorem kilku książek dotyczących programowania obiektowego oraz C++.

Statistics

Views

Total Views
1,709
Views on SlideShare
1,709
Embed Views
0

Actions

Likes
0
Downloads
6
Comments
0

0 Embeds 0

No embeds

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Adobe PDF

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

    C++. Biblioteka standardowa. Podręcznik programisty C++. Biblioteka standardowa. Podręcznik programisty Document Transcript

    • IDZ DO PRZYK£ADOWY ROZDZIA£ C++. Biblioteka SPIS TRE CI standardowa. Podrêcznik programisty KATALOG KSI¥¯EK Autor: Nicolai M. Josuttis T³umaczenie: Przemys³aw Steæ (rozdz. 1 – 9), KATALOG ONLINE Rafa³ Szpoton (rozdz. 10 – 15) ISBN: 83-7361-144-4 ZAMÓW DRUKOWANY KATALOG Tytu³ orygina³u: The C++ Standard Library: A Tutorial and Referencee Format: B5, stron: 726 TWÓJ KOSZYK Biblioteka standardowa C++ to zestaw klas oraz interfejsów znacznie rozszerzaj¹cych DODAJ DO KOSZYKA jêzyk C++. Nie jest ona jednak ³atwa do przyswojenia. W celu pe³nego wykorzystania udostêpnianych przez ni¹ komponentów oraz skorzystania z jej mo¿liwo ci, konieczne jest odwo³anie siê do materia³ów zawieraj¹cych nieco wiêcej informacji ni¿ tylko listê CENNIK I INFORMACJE klas oraz zawartych w nich funkcji. Ksi¹¿ka „C++. Biblioteka standardowa. Podrêcznik programisty” dostarcza ZAMÓW INFORMACJE wyczerpuj¹cej dokumentacji ka¿dego z komponentów biblioteki, jak równie¿ O NOWO CIACH przystêpnych wyja nieñ z³o¿onych zagadnieñ; prezentuje praktyczne szczegó³y programowania, niezbêdne do skutecznego zastosowania omawianej biblioteki ZAMÓW CENNIK w praktyce. Znajdziesz w niej równie¿ liczne przyk³ady dzia³aj¹cego kodu ród³owego. Ksi¹¿ka „C++. Biblioteka standardowa. Podrêcznik programisty” opisuje aktualn¹ wersjê biblioteki standardowej C++, w tym jej najnowsze elementy do³¹czone do CZYTELNIA pe³nego standardu jêzyka ANSI/ISO C++. Opis skoncentrowany jest na standardowej bibliotece wzorców STL (ang. Standard Template Library), kontenerach, iteratorach, FRAGMENTY KSI¥¯EK ONLINE obiektach funkcyjnych oraz algorytmach STL. W ksi¹¿ce tej znajdziesz równie¿ szczegó³owy opis kontenerów specjalnych, ³añcuchów znakowych, klas numerycznych, zagadnienia lokalizacji programów oraz omówienie biblioteki IOStream. Ka¿dy z komponentów zosta³ dok³adnie przedstawiony wraz z opisem jego przeznaczenia oraz za³o¿eñ projektowych, przyk³adami, czyhaj¹cymi pu³apkami, jak równie¿ definicj¹ udostêpnianych przez niego klas oraz funkcji. Omówione w ksi¹¿ce zagadnienia to miêdzy innymi: • Krótkie wprowadzenie do C++ i biblioteki standardowej • Standardowa biblioteka wzorców • Kontenery STL • Obiekty funkcyjne STL Wydawnictwo Helion • Algorytmy STL ul. Chopina 6 • Kontenery specjalne: stosy, kolejki, klasa bitset 44-100 Gliwice • £añcuchy tel. (32)230-98-63 • Kontenery numeryczne e-mail: helion@helion.pl • Operacje wej cia-wyj cia z wykorzystaniem klas strumieniowych • Funkcje s³u¿¹ce umiêdzynarodowieniu aplikacji • Alokatory „C++. Biblioteka standardowa. Podrêcznik programisty” stanowi wyczerpuj¹c¹, szczegó³ow¹, przystêpnie napisan¹ oraz praktyczn¹ ksi¹¿kê. Tworzy ona materia³ referencyjny C++, do którego bêdziesz stale powracaæ.
    • Spis treści Podziękowania ....................................................................................................13 Przedmowa ..........................................................................................................15 1 O książce ..............................................................................................................17 1.1. Dlaczego powstała ta książka? ......................................................................................................... 17 1.2. Co należy wiedzieć przed przystąpieniem do lektury tej książki? ............................................ 18 1.3. Styl i struktura książki ....................................................................................................................... 18 1.4. Jak czytać tę książkę? ......................................................................................................................... 21 1.5. Stan obecny .......................................................................................................................................... 21 1.6. Przykładowy kod i dodatkowe informacje .................................................................................... 22 2 Wprowadzenie do języka C++ i biblioteki standardowej............................23 2.1. Historia ................................................................................................................................................. 23 2.2. Nowe możliwości języka ................................................................................................................... 25 2.2.1. Wzorce.................................................................................................................................... 25 2.2.2. Jawna inicjalizacja typów podstawowych........................................................................ 30 2.2.3. Obsługa wyjątków ............................................................................................................... 30 2.2.4. Przestrzenie nazw ................................................................................................................ 32 2.2.5. Typ bool ................................................................................................................................. 33 2.2.6. Słowo kluczowe explicit...................................................................................................... 34 2.2.7. Nowe operatory konwersji typu........................................................................................ 35 2.2.8. Inicjalizacja stałych składowych statycznych .................................................................. 36 2.2.9. Definicja funkcji main() ....................................................................................................... 36 2.3. Złożoność algorytmów a notacja O ................................................................................................. 37
    • 4 SPIS TREŚCI 3 Pojęcia ogólne ......................................................................................................39 3.1. Przestrzeń nazw std ........................................................................................................................... 39 3.2. Pliki nagłówkowe ............................................................................................................................... 40 3.3. Obsługa błędów i wyjątków ............................................................................................................. 42 3.3.1. Standardowe klasy wyjątków ............................................................................................ 42 3.3.2. Składowe klas wyjątków..................................................................................................... 45 3.3.3. Zgłaszanie wyjątków standardowych .............................................................................. 46 3.3.4. Tworzenie klas pochodnych standardowych klas wyjątków ...................................... 46 3.4. Alokatory ............................................................................................................................................. 48 4 Narzędzia .............................................................................................................49 4.1. Pary ....................................................................................................................................................... 49 4.1.1. Wygodna funkcja make_pair() ............................................................................................... 51 4.1.2. Przykłady użycia par ............................................................................................................... 53 4.2. Klasa auto_ptr ..................................................................................................................................... 53 4.2.1. Motywacja klasy auto_ptr................................................................................................... 53 4.2.2. Przenoszenie własności w przypadku klasy auto_ptr ................................................... 55 4.2.3. Wskaźniki auto_ptr jako składowe ................................................................................... 59 4.2.4. Niewłaściwe użycie wskaźników auto_ptr...................................................................... 61 4.2.5. Przykłady zastosowania typu auto_ptr ............................................................................ 62 4.2.6. Klasa auto_ptr w szczegółach ............................................................................................ 64 4.3. Ograniczenia liczbowe ....................................................................................................................... 71 4.4. Funkcje pomocnicze ........................................................................................................................... 77 4.4.1. Obliczanie wartości minimalnej oraz maksymalnej ....................................................... 77 4.4.2. Zamiana dwóch wartości .................................................................................................... 78 4.5. Dodatkowe operatory porównania.................................................................................................. 79 4.6. Pliki nagłówkowe <cstddef> oraz <cstdlib>.................................................................................. 81 4.6.1. Definicje w pliku <cstddef>................................................................................................ 81 4.6.2. Definicje w pliku <cstdlib>................................................................................................. 82 5 Standardowa biblioteka wzorców (STL).........................................................83 5.1. Składniki biblioteki STL..................................................................................................................... 83 5.2. Kontenery............................................................................................................................................. 85 5.2.1. Kontenery sekwencyjne....................................................................................................... 86 5.2.2. Kontenery asocjacyjne ......................................................................................................... 91 5.2.3. Adaptatory kontenerów ...................................................................................................... 92 5.3. Iteratory ................................................................................................................................................ 93 5.3.1. Przykłady użycia kontenerów asocjacyjnych .................................................................. 96 5.3.2. Kategorie iteratorów .......................................................................................................... 102 5.4. Algorytmy .......................................................................................................................................... 103 5.4.1. Zakresy................................................................................................................................. 105 5.4.2. Obsługa wielu zakresów ................................................................................................... 110
    • SPIS TREŚCI 5 5.5. Adaptatory iteratorów ..................................................................................................................... 112 5.5.1. Iteratory wstawiające ......................................................................................................... 112 5.5.2. Iteratory strumieniowe...................................................................................................... 114 5.5.3. Iteratory odwrotne ............................................................................................................. 116 5.6. Algorytmy modyfikujące................................................................................................................. 118 5.6.1. Usuwanie elementów ........................................................................................................ 118 5.6.2. Algorytmy modyfikujące a kontenery asocjacyjne ....................................................... 121 5.6.3. Algorytmy a funkcje składowe ........................................................................................ 123 5.7. Funkcje ogólne definiowane przez użytkownika........................................................................ 124 5.8. Funkcje jako argumenty algorytmów............................................................................................ 125 5.8.1. Przykłady użycia funkcji jako argumentów algorytmów .......................................... 125 5.8.2. Predykaty............................................................................................................................. 126 5.9. Obiekty funkcyjne............................................................................................................................. 129 5.9.1. Czym są obiekty funkcyjne?............................................................................................. 129 5.9.2. Predefiniowane obiekty funkcyjne .................................................................................. 135 5.10. Elementy kontenerów ...................................................................................................................... 138 5.10.1. Wymagania wobec elementów kontenerów.................................................................. 138 5.10.2. Semantyka wartości a semantyka referencji .................................................................. 139 5.11. Obsługa błędów i wyjątków wewnątrz biblioteki STL............................................................... 140 5.11.1. Obsługa błędów.................................................................................................................. 141 5.11.2. Obsługa wyjątków ............................................................................................................. 143 5.12. Rozbudowa biblioteki STL .............................................................................................................. 145 6 Kontenery STL...................................................................................................147 6.1. Wspólne cechy i operacje kontenerów .......................................................................................... 148 6.1.1. Wspólne cechy kontenerów.............................................................................................. 148 6.1.2. Wspólne operacje kontenerów ......................................................................................... 148 6.2. Wektory .............................................................................................................................................. 151 6.2.1. Możliwości wektorów ....................................................................................................... 152 6.2.2. Operacje na wektorach ...................................................................................................... 154 6.2.3. Używanie wektorów jako zwykłych tablic .................................................................... 158 6.2.4. Obsługa wyjątków ............................................................................................................. 159 6.2.5. Przykłady użycia wektorów............................................................................................. 160 6.2.6. Klasa vector<bool> ............................................................................................................ 161 6.3. Kolejki o dwóch końcach................................................................................................................. 163 6.3.1. Możliwości kolejek deque................................................................................................. 164 6.3.2. Operacje na kolejkach deque ............................................................................................ 165 6.3.3. Obsługa wyjątków ............................................................................................................. 166 6.3.4. Przykłady użycia kolejek deque ...................................................................................... 167 6.4. Listy..................................................................................................................................................... 168 6.4.1. Możliwości list .................................................................................................................... 169 6.4.2. Operacje na listach ............................................................................................................. 170 6.4.3. Obsługa wyjątków ............................................................................................................. 174 6.4.4. Przykłady użycia list.......................................................................................................... 175 6.5. Zbiory i wielozbiory ......................................................................................................................... 176 6.5.1. Możliwości zbiorów i wielozbiorów ............................................................................... 178 6.5.2. Operacje na zbiorach i wielozbiorach ............................................................................. 179 6.5.3. Obsługa wyjątków ............................................................................................................. 187
    • 6 SPIS TREŚCI 6.5.4. Przykłady użycia zbiorów i wielozbiorów .................................................................... 187 6.5.5. Przykład określania kryterium sortowania podczas wykonywania.......................... 191 6.6. Mapy oraz multimapy ..................................................................................................................... 193 6.6.1. Możliwości map oraz multimap ...................................................................................... 194 6.6.2. Operacje na mapach oraz multimapach ......................................................................... 195 6.6.3. Zastosowanie map jako tablic asocjacyjnych ................................................................. 204 6.6.4. Obsługa wyjątków ............................................................................................................. 206 6.6.5. Przykłady użycia map i multimap .................................................................................. 206 6.6.6. Przykład z mapami, łańcuchami oraz definiowaniem kryterium sortowania podczas wykonywania ...................................................................................................... 210 6.7. Inne kontenery STL .......................................................................................................................... 212 6.7.1. Łańcuchy jako kontenery STL .......................................................................................... 213 6.7.2. Zwykłe tablice jako kontenery STL ................................................................................. 214 6.7.3. Tablice mieszające .............................................................................................................. 216 6.8. Implementacja semantyki referencji .............................................................................................. 217 6.9. Kiedy stosować poszczególne kontenery ..................................................................................... 220 6.10. Typy kontenerowe i ich składowe w szczegółach ........................................................................ 223 6.10.1. Definicje typów................................................................................................................... 224 6.10.2. Operacje tworzenia, kopiowania i niszczenia................................................................ 225 6.10.3. Operacje niemodyfikujące................................................................................................. 227 6.10.4. Operacje przypisania ......................................................................................................... 230 6.10.5. Bezpośredni dostęp do elementów ................................................................................. 231 6.10.6. Operacje generujące iteratory........................................................................................... 233 6.10.7. Wstawianie i usuwanie elementów................................................................................. 234 6.10.8. Specjalne funkcje składowe list........................................................................................ 239 6.10.9. Obsługa alokatorów........................................................................................................... 241 6.10.10. Omówienie obsługi wyjątków w kontenerach STL...................................................... 242 7 Iteratory STL ......................................................................................................245 7.1. Pliki nagłówkowe iteratorów.......................................................................................................... 245 7.2. Kategorie iteratorów......................................................................................................................... 245 7.2.1. Iteratory wejściowe ............................................................................................................ 246 7.2.2. Iteratory wyjściowe............................................................................................................ 247 7.2.3. Iteratory postępujące ......................................................................................................... 248 7.2.4. Iteratory dwukierunkowe ................................................................................................. 249 7.2.5. Iteratory dostępu swobodnego ........................................................................................ 249 7.2.6. Problem z inkrementacją i dekrementacją iteratorów wektorów.............................. 252 7.3. Pomocnicze funkcje iteratorów ...................................................................................................... 253 7.3.1. Przesuwanie iteratorów za pomocą funkcji advance() ................................................ 253 7.3.2. Obliczanie odległości pomiędzy iteratorami za pomocą funkcji distance() ............. 254 7.3.3. Zamiana wartości iteratorów za pomocą funkcji iter_swap().................................... 256 7.4. Adaptatory iteratorów ..................................................................................................................... 257 7.4.1. Iteratory odwrotne ............................................................................................................. 257 7.4.2. Iteratory wstawiające ......................................................................................................... 262 7.4.3. Iteratory strumieniowe...................................................................................................... 268 7.5. Cechy iteratorów............................................................................................................................... 273 7.5.1. Definiowanie funkcji ogólnych dla iteratorów.............................................................. 275 7.5.2. Iteratory definiowane przez użytkownika..................................................................... 277
    • SPIS TREŚCI 7 8 Obiekty funkcyjne STL.....................................................................................281 8.1. Pojęcie obiektów funkcyjnych......................................................................................................... 281 8.1.1. Obiekty funkcyjne jako kryteria sortowania.................................................................. 282 8.1.2. Obiekty funkcyjne ze stanem wewnętrznym ................................................................ 283 8.1.3. Wartość zwracana algorytmu for_each()........................................................................ 287 8.1.4. Predykaty a obiekty funkcyjne......................................................................................... 288 8.2. Predefiniowane obiekty funkcyjne................................................................................................. 291 8.2.1. Adaptatory funkcji ............................................................................................................. 291 8.2.2. Adaptatory funkcji składowych....................................................................................... 293 8.2.3. Adaptatory zwykłych funkcji........................................................................................... 295 8.2.4. Obiekty funkcyjne definiowane przez użytkownika dostosowane do adaptatorów funkcji ..................................................................................................... 296 8.3. Dodatkowe złożeniowe obiekty funkcyjne................................................................................... 298 8.3.1. Jednoargumentowe złożeniowe adaptatory obiektów funkcyjnych ........................ 299 8.3.2. Dwuargumentowe złożeniowe adaptatory obiektów funkcyjnych.......................... 302 9 Algorytmy STL..................................................................................................305 9.1. Pliki nagłówkowe algorytmów ...................................................................................................... 305 9.2. Przegląd algorytmów....................................................................................................................... 306 9.2.1. Krótkie wprowadzenie ...................................................................................................... 306 9.2.2. Klasyfikacja algorytmów................................................................................................... 307 9.3. Funkcje pomocnicze ......................................................................................................................... 316 9.4. Algorytm for_each() ......................................................................................................................... 318 9.5. Algorytmy niemodyfikujące ........................................................................................................... 320 9.5.1. Zliczanie elementów .......................................................................................................... 321 9.5.2. Wartość minimalna i maksymalna .................................................................................. 322 9.5.3. Wyszukiwanie elementów................................................................................................ 324 9.5.4. Porównywanie zakresów .................................................................................................. 335 9.6. Algorytmy modyfikujące................................................................................................................. 340 9.6.1. Kopiowanie elementów..................................................................................................... 341 9.6.2. Przekształcenia i kombinacje elementów ....................................................................... 344 9.6.3. Wymienianie elementów................................................................................................... 347 9.6.4. Przypisywanie nowych wartości ..................................................................................... 348 9.6.5. Zastępowanie elementów ................................................................................................. 350 9.7. Algorytmy usuwające ...................................................................................................................... 353 9.7.1. Usuwanie określonych wartości ...................................................................................... 353 9.7.2. Usuwanie powtórzeń......................................................................................................... 356 9.8. Algorytmy mutujące......................................................................................................................... 360 9.8.1. Odwracanie kolejności elementów .................................................................................. 360 9.8.2. Przesunięcia cykliczne elementów .................................................................................. 361 9.8.3. Permutacje elementów ...................................................................................................... 363 9.8.4. Tasowanie elementów ....................................................................................................... 365 9.8.5. Przenoszenie elementów na początek ............................................................................ 367 9.9. Algorytmy sortujące ......................................................................................................................... 368 9.9.1. Sortowanie wszystkich elementów ................................................................................. 369 9.9.2. Sortowanie częściowe ........................................................................................................ 371
    • 8 SPIS TREŚCI 9.9.3. Sortowanie według n-tego elementu .............................................................................. 374 9.9.4. Algorytmy stogowe ........................................................................................................... 375 9.10. Algorytmy przeznaczone dla zakresów posortowanych ........................................................... 378 9.10.1. Wyszukiwanie elementów................................................................................................ 379 9.10.2. Scalanie elementów............................................................................................................ 385 9.11. Algorytmy numeryczne................................................................................................................... 393 9.11.1. Obliczanie wartości ............................................................................................................ 393 9.11.2. Konwersje wartości względnych i bezwzględnych ...................................................... 397 10 Kontenery specjalne..........................................................................................401 10.1. Stosy .................................................................................................................................................... 401 10.1.1. Interfejs................................................................................................................................. 403 10.1.2. Przykład użycia stosów..................................................................................................... 403 10.1.3. Klasa stack<> w szczegółach............................................................................................ 404 10.1.4. Klasa stosu definiowanego przez użytkownika............................................................ 406 10.2. Kolejki ................................................................................................................................................. 408 10.2.1. Interfejs................................................................................................................................. 410 10.2.2. Przykład użycia kolejek..................................................................................................... 410 10.2.3. Klasa queue<> w szczegółach.......................................................................................... 411 10.2.4. Klasa kolejki definiowanej przez użytkownika............................................................. 413 10.3. Kolejki priorytetowe......................................................................................................................... 416 10.3.1. Interfejs................................................................................................................................. 417 10.3.2. Przykład użycia kolejek priorytetowych ........................................................................ 418 10.3.3. Klasa priority_queue<> w szczegółach .......................................................................... 418 10.4. Kontener bitset .................................................................................................................................. 421 10.4.1. Przykłady użycia kontenerów bitset............................................................................... 422 10.4.2. Szczegółowy opis klasy bitset .......................................................................................... 424 11 Łańcuchy ............................................................................................................431 11.1. Motywacja .......................................................................................................................................... 431 11.1.1. Przykład pierwszy: Pobieranie tymczasowej nazwy pliku........................................ 432 11.1.2. Przykład drugi: Pobieranie słów i wypisywanie ich w odwrotnej kolejności ........ 437 11.2. Opis klas reprezentujących łańcuchy znakowe ........................................................................... 440 11.2.1. Typy łańcuchów znakowych............................................................................................ 440 11.2.2. Przegląd funkcji składowych ........................................................................................... 441 11.2.3. Konstruktory oraz destruktory ........................................................................................ 443 11.2.4. Łańcuchy znakowe zwykłe oraz języka C ..................................................................... 444 11.2.5. Rozmiar oraz pojemność................................................................................................... 446 11.2.6. Dostęp do elementów ........................................................................................................ 448 11.2.7. Porównania ......................................................................................................................... 449 11.2.8. Modyfikatory ...................................................................................................................... 450 11.2.9. Konkatenacja łańcuchów znakowych oraz ich fragmentów ...................................... 453 11.2.10. Operatory wejścia-wyjścia ................................................................................................ 454 11.2.11. Poszukiwanie oraz odnajdywanie łańcuchów znakowych........................................ 455 11.2.12. Wartość npos....................................................................................................................... 457 11.2.13. Obsługa iteratorów w przypadku łańcuchów znakowych ........................................ 458
    • SPIS TREŚCI 9 11.2.14. Obsługa standardów narodowych .................................................................................. 464 11.2.15. Wydajność ........................................................................................................................... 466 11.2.16. Łańcuchy znakowe a wektory.......................................................................................... 466 11.3. Klasa string w szczegółach.............................................................................................................. 467 11.3.1. Definicje typu oraz wartości statyczne ........................................................................... 467 11.3.2. Funkcje składowe służące do tworzenia, kopiowania oraz usuwania łańcuchów znakowych ...................................................................................................... 469 11.3.3. Funkcje dotyczące rozmiaru oraz pojemności............................................................... 470 11.3.4. Porównania ......................................................................................................................... 471 11.3.5. Dostęp do znaków ............................................................................................................. 473 11.3.6. Tworzenie łańcuchów znakowych języka C oraz tablic znaków .............................. 474 11.3.7. Funkcje do modyfikacji zawartości łańcuchów znakowych ...................................... 475 11.3.8. Poszukiwanie oraz odnajdywanie................................................................................... 482 11.3.9. Łączenie łańcuchów znakowych...................................................................................... 485 11.3.10. Funkcje wejścia-wyjścia..................................................................................................... 486 11.3.11. Funkcje tworzące iteratory................................................................................................ 487 11.3.12. Obsługa alokatorów........................................................................................................... 488 12 Kontenery numeryczne....................................................................................491 12.1. Liczby zespolone............................................................................................................................... 491 12.1.1. Przykład wykorzystania klasy reprezentującej liczby zespolone ............................. 492 12.1.2. Funkcje operujące na liczbach zespolonych................................................................... 494 12.1.3. Klasa complex<> w szczegółach...................................................................................... 501 12.2. Klasa valarray.................................................................................................................................... 506 12.2.1. Poznawanie klas valarray ................................................................................................. 507 12.2.2. Podzbiory wartości umieszczonych w tablicy valarray.............................................. 512 12.2.3. Klasa valarray w szczegółach........................................................................................... 525 12.2.4. Klasy podzbiorów tablic typu valarray w szczegółach .................................................... 530 12.3. Globalne funkcje numeryczne ........................................................................................................ 535 13 Obsługa wejścia-wyjścia z wykorzystaniem klas strumieniowych ..........537 13.1. Podstawy strumieni wejścia-wyjścia ............................................................................................. 538 13.1.1. Obiekty strumieni............................................................................................................... 538 13.1.2. Klasy strumieni................................................................................................................... 539 13.1.3. Globalne obiekty strumieni .............................................................................................. 539 13.1.4. Operatory strumieniowe ................................................................................................... 540 13.1.5. Manipulatory ...................................................................................................................... 540 13.1.6. Prosty przykład .................................................................................................................. 541 13.2. Podstawowe obiekty oraz klasy strumieniowe ........................................................................... 542 13.2.1. Klasy oraz hierarchia klas ................................................................................................. 542 13.2.2. Globalne obiekty strumieni .............................................................................................. 545 13.2.3. Pliki nagłówkowe............................................................................................................... 546 13.3. Standardowe operatory strumieniowe << oraz >>......................................................................... 547 13.3.1. Operator wyjściowy << ..................................................................................................... 547 13.3.2. Operator wejściowy >> ..................................................................................................... 549 13.3.3. Operacje wejścia-wyjścia dla specjalnych typów .......................................................... 549
    • 10 SPIS TREŚCI 13.4. Stany strumieni ................................................................................................................................. 552 13.4.1. Stałe służące do określania stanów strumieni ............................................................... 552 13.4.2. Funkcje składowe operujące na stanie strumieni.......................................................... 553 13.4.3. Warunki wykorzystujące stan strumienia oraz wartości logiczne............................ 555 13.4.4. Stan strumienia i wyjątki .................................................................................................. 557 13.5. Standardowe funkcje wejścia-wyjścia ........................................................................................... 561 13.5.1. Funkcje składowe służące do pobierania danych ......................................................... 562 13.5.2. Funkcje składowe służące do wysyłania danych.......................................................... 565 13.5.3. Przykład użycia .................................................................................................................. 566 13.6. Manipulatory..................................................................................................................................... 567 13.6.1. Sposób działania manipulatorów .................................................................................... 568 13.6.2. Manipulatory definiowane przez użytkownika............................................................ 569 13.7. Formatowanie.................................................................................................................................... 570 13.7.1. Znaczniki formatu.............................................................................................................. 570 13.7.2. Format wartości logicznych.............................................................................................. 572 13.7.3. Szerokość pola znak wypełnienia oraz wyrównanie ................................................... 573 13.7.4. Znak wartości dodatnich oraz duże litery ..................................................................... 576 13.7.5. Podstawa numeryczna ...................................................................................................... 576 13.7.6. Notacja zapisu liczb zmiennoprzecinkowych ............................................................... 579 13.7.7. Ogólne definicje formatujące............................................................................................ 581 13.8. Umiędzynarodawianie..................................................................................................................... 582 13.9. Dostęp do plików.............................................................................................................................. 583 13.9.1. Znaczniki pliku................................................................................................................... 586 13.9.2. Dostęp swobodny............................................................................................................... 589 13.9.3. Deskryptory plików ........................................................................................................... 592 13.10. Łączenie strumieni wejściowych oraz wyjściowych ................................................................... 592 13.10.1 Luźne powiązanie przy użyciu tie()................................................................................ 593 13.10.2. Ścisłe powiązanie przy użyciu buforów strumieni....................................................... 594 13.10.3. Przekierowywanie strumieni standardowych............................................................... 596 13.10.4. Strumienie służące do odczytu oraz zapisu................................................................... 597 13.11. Klasy strumieni dla łańcuchów znakowych................................................................................. 599 13.11.1. Klasy strumieni dla łańcuchów znakowych .................................................................. 600 13.11.2. Klasy strumieni dla wartości typu char* ........................................................................ 603 13.12. Operatory wejścia-wyjścia dla typów zdefiniowanych przez użytkownika .......................... 605 13.12.1. Implementacja operatorów wyjściowych ....................................................................... 605 13.12.2. Implementacja operatorów wejściowych ....................................................................... 607 13.12.3. Operacje wejścia-wyjścia przy użyciu funkcji pomocniczych ................................... 609 13.12.4. Operatory definiowane przez użytkownika używające funkcji nieformatujących . 610 13.12.5. Znaczniki formatu definiowane przez użytkownika ..................................................... 612 13.12.6. Konwencje operatorów wejścia-wyjscia definiowanych przez użytkownika .......... 615 13.13. Klasy bufora strumienia .................................................................................................................. 616 13.13.1. Spojrzenie użytkownika na bufory strumieni ............................................................... 616 13.13.2. Iteratory wykorzystywane z buforem strumienia ........................................................ 618 13.13.3. Bufory strumienia definiowane przez użytkownika.................................................... 621 13.14. Kwestie wydajności .......................................................................................................................... 632 13.14.1. Synchronizacja ze standardowymi strumieniami używanymi w języku C ............. 633 13.14.2. Buforowanie w buforach strumieni................................................................................. 633 13.14.3. Bezpośrednie wykorzystanie buforów strumieni ......................................................... 634
    • SPIS TREŚCI 11 14 Umiędzynarodowienie.....................................................................................637 14.1. Różne standardy kodowania znaków ........................................................................................... 638 14.1.1. Reprezentacja za pomocą zestawu znaków szerokiego zakresu lub reprezentacja wielobajtowa........................................................................................ 639 14.1.2. Cechy znaków..................................................................................................................... 640 14.1.3. Umiędzynarodawianie specjalnych znaków ................................................................. 643 14.2. Pojęcie obiektów ustawień lokalnych............................................................................................ 644 14.2.1. Wykorzystywanie ustawień lokalnych........................................................................... 646 14.2.2. Aspekty ustawień lokalnych ............................................................................................ 650 14.3. Klasa locale w szczegółach.............................................................................................................. 653 14.4. Klasa facet w szczegółach................................................................................................................ 656 14.4.1. Formatowanie wartości numerycznych.......................................................................... 657 14.4.2. Formatowanie czasu oraz daty ........................................................................................ 661 14.4.3. Formatowanie wartości walutowych.............................................................................. 664 14.4.4. Klasyfikacja oraz konwersja znaków .............................................................................. 669 14.4.5. Sortowanie łańcuchów znakowych ................................................................................. 677 14.4.6. Lokalizacja komunikatów ................................................................................................. 679 15 Alokatory ...........................................................................................................681 15.1. Wykorzystywanie alokatorów przez programistów aplikacji .................................................. 681 15.2. Wykorzystywanie alokatorów przez programistów bibliotek.................................................. 682 15.3. Alokator domyślny........................................................................................................................... 685 15.4. Alokator zdefiniowany przez użytkownika................................................................................. 687 15.5. Alokatory w szczegółach................................................................................................................. 689 15.5.1. Definicje typu...................................................................................................................... 689 15.5.2. Funkcje składowe ............................................................................................................... 691 15.6. Funkcje stosowane w przypadku niezainicjalizowanej pamięci............................................... 692 A Bibliografia.........................................................................................................695 B Skorowidz ..........................................................................................................697
    • 10 Kontenery specjalne Standardowa biblioteka C++ zawiera nie tylko kontenery szkieletu STL, lecz również kontenery służące do specjalnych celów oraz dostarczające prostych interfejsów prawie niewymagających opisu. Kontenery te mogą zostać podzielone na: • Tak zwane adaptatory kontenerów. Tego rodzaju kontenery przystosowują standardowe kontenery STL do specjalnych celów. Wyróżniamy trzy rodzaje adaptatorów standardowych kontenerów: 1. Stosy. 2. Kolejki. 3. Kolejki priorytetowe. Te ostatnie stanowią pewien rodzaj kolejki z elementami posortowanymi w sposób automatyczny według ustalonych kryteriów sortowania. Dlatego też „kolejnym” elementem w kolejce priorytetowej jest ten o „najwyższej” wartości. • Specjalny kontener nazwany bitset. Kontener bitset jest polem bitowym, zawierającym dowolną, lecz ustaloną z góry liczbę bitów. Można traktować go jako kontener przechowujący wartości bitowe lub logiczne. Zwróć uwagę, że standardowa biblioteka C++ zawiera również specjalny kon- tener o zmiennym rozmiarze, przeznaczony dla wartości logicznych: vector<bool>. Został on opisany w podrozdziale 6.2.6., na stronie 161. 10.1. Stosy Stos (zwany również kolejką LIFO) zaimplementowany został w klasie o nazwie stack<>. Funkcja składowa push() służy do wkładania na stos dowolnej liczby elementów (patrz rysunek 10.1). Pobranie elementów ze stosu możliwe jest natomiast przy użyciu funkcji składowej o nazwie pop(). Pobieranie następuje w odwrotnej kolejności do ich umiesz- czania1. 1 „last in, first out”, co w dosłownym tłumaczeniu oznacza „ostatni wszedł, pierwszy wyszedł” — przyp. tłum.
    • 402 10. KONTENERY SPECJALNE RYSUNEK 10.1. Interfejs stosu W celu wykorzystania stosu konieczne jest dołączenie pliku nagłówkowego <stack>2: #include <stack> Deklaracja klasy stack w pliku nagłówkowym <stack> wygląda następująco: namespace std { template <class T, class Container = deque<T> > class stack; } Pierwszy z parametrów wzorca określa rodzaj elementów. Drugi natomiast jest opcjonalny i definiuje kontener używany wewnętrznie w celu skolejkowania elementów umieszczo- nych we właściwym kontenerze stosu. Domyślnie przyjmowany jest kontener o nazwie deque3. Wybrany został właśnie ten kontener, ponieważ w przeciwieństwie do wektorów zwalnia on używaną przez siebie pamięć po usunięciu umieszczonych w nim elementów i nie musi przekopiowywać ich wszystkich w przypadku ponownego jej przydzielania (dokładne omówienie przypadków stosowania różnych kontenerów zostało umieszczone w podrozdziale 6.9., na stronie 220). Na przykład poniższy wiersz zawiera deklarację, określającą stos liczb całkowitych4: std::stack<int> st; //stos przechowujacy liczby całkowite Implementacja stosu polega na prostym odwzorowaniu wykonywanych operacji na odpo- wiednie wywołania funkcji składowych używanego wewnętrznie kontenera (patrz rysu- nek 10.2). Możliwe jest użycie dowolnej klasy kontenera udostępniającej funkcje składowe o nazwie back(), push_back() oraz pop_back(). I tak na przykład w charakterze kontenera elementów możliwe byłoby wykorzystanie listy lub wektora: std::stack<int,std::vector<int> > st; //stos przechowujacy liczby calkowite wykorzystujacy wektor 2 W oryginalnej bibliotece STL plik nagłówkowy zawierający deklarację stosu nosił nazwę: <stack.h>. 3 Kolejka o dwóch końcach — przyp. tłum. 4 W poprzednich wersjach biblioteki STL istniała konieczność przekazywania kontenera w cha- rakterze obowiązkowego argumentu wzorca. Dlatego też stos liczb całkowitych musiał być wtedy deklarowany w następujący sposób: stack<deque<int> > st;
    • 10.1. STOSY 403 RYSUNEK 10.2. Wewnętrzny interfejs stosu 10.1.1. Interfejs W przypadku stosów interfejs tworzą funkcje składowe o nazwach push(), top() oraz pop(): • Funkcja składowa push() umieszcza element na stosie. • Funkcja składowa top() zwraca kolejny element stosu. • Funkcja składowa pop() usuwa element ze stosu. Zwróć uwagę, że funkcja składowa pop() usuwa kolejny element, lecz go nie zwraca, podczas gdy top() zwraca kolejny element bez jego usuwania. Dlatego też w celu prze- tworzenia oraz usunięcia kolejnego elementu na stosie konieczne jest wywołanie obu tych funkcji składowych. Opisany interfejs jest nieco niewygodny, lecz działa znacznie lepiej w przypadku, gdy chcesz jedynie usunąć kolejny element bez jego analizy i prze- twarzania. Zauważ, że działanie funkcji składowych top() oraz pop() jest niezdefi- niowane w przypadku, gdy stos nie zawiera żadnych elementów. W celu umożliwienia sprawdzenia, czy na stosie umieszczone są jakiekolwiek elementy, dodane zostały funkcje składowe size() oraz empty(). Jeśli standardowy interfejs kontenera stack<> nie przypadł ci do gustu, oczywiście możesz w łatwy sposób napisać swój własny i bardziej wygodny w użyciu. Odpowiedni przykład zostanie umieszczony w podrozdziale 10.1.4., na stronie 406. 10.1.2. Przykład użycia stosów Poniższy przykład demonstruje wykorzystanie klasy stack<>: //cont/stack1.cpp #include <iostream> #include <stack> using namespace std; int main() { stack<int> st; // umiesc na stosie trzy elementy st.push(1); st.push(2); st.push(3);
    • 404 10. KONTENERY SPECJALNE // pobierz ze stosu dwa elementy i je wypisz cout << st.top() << ' '; st.pop(); cout << st.top() << ' '; st.pop(); // zmien kolejny element st.top() = 77; // umiesc dwa dodatkowe elementy st.push(4); st.push(5); // pobierz jeden element bez jego przetwarzania st.pop(); // pobierz i wypisz pozostale elementy while (!st.empty()) { cout << st.top() << ' '; st.pop(); } cout << endl; } Dane wyjściowe programu wyglądają następująco: 3 2 4 77 10.1.3. Klasa stack<> w szczegółach Interfejs klasy stack<> jest tak niewielki, iż można go w prosty sposób zrozumieć, ana- lizując jego typową implementację: namespace std { template <class T, class Container = deque<T> > class stack { public: typedef typename Container::value_type value_type; typedef typename Container::size_type size_type; typedef Container container_type; protected: Container c; //kontener public: explicit stack(const Container& = Container()); bool empty() const { return c.empty(); } size_type size() const { return c.size(); } void push(const value_type& x) { c.push_back(x); } void pop() { c.pop_back(); } value_type& top() { return c.back(); } const value_type& top() const { return c.back(); } }; template <class T, class Container> bool operator==(const stack<T, Container>&, const stack<T, Container>&); template <class T, class Container>
    • 10.1. STOSY 405 bool operator< (const stack<T, Container>&, const stack<T, Container>&); ...// (inne operatory porownania) } Poniższa część tego podrozdziału zawiera szczegółowy opis pól oraz operacji. Definicje typu stack::value_type • Rodzaj elementów umieszczonych w kontenerze. • Składowa równoważna jest składowej container::value_type. stack::size_type • Typ całkowity bez znaku, określający rozmiar umieszczonych elementów. • Składowa równoważna jest składowej container::size_type. stack::container_type • Rodzaj kontenera. Funkcje składowe stack::stack () • Konstruktor domyślny. • Tworzy pusty stos. explicit stack::stack (const Container& cont) • Tworzy stos inicjalizowany elementami umieszczonymi w obiekcie cont. • Kopiowane są wszystkie elementy umieszczone w kontenerze cont. size_type stack::size () const • Zwraca bieżącą liczbę elementów. • W celu sprawdzenia, czy stos jest pusty, używaj funkcji składowej o nazwie empty(), ponieważ jej działanie może być szybsze. bool stack::empty () const • Zwraca wartość logiczną, określającą, czy stos jest pusty (nie zawiera elementów). • Funkcja składowa równoważna konstrukcji postaci stack::size()==0, lecz może działać od niej szybciej. void stack::push (const value_type& elem) • Wstawia jako pierwszy element stosu kopię elementu, określonego przez wartość elem. value_type& stack::top () const value_type& stack::top () const • Obie postaci funkcji składowej zwracają kolejny element stosu. Będzie nim element wstawiony jako ostatni (po wszystkich innych elementach stosu). • Przed wywołaniem funkcji składowej należy upewnić się, że stos zawiera jakiekol- wiek elementy (size()>0). W innym przypadku jej działanie jest nieokreślone.
    • 406 10. KONTENERY SPECJALNE • Funkcja składowa w pierwszej postaci przeznaczona jest dla stosów, które nie są określone jako statyczne (nonconstant) i zwraca referencję. Dlatego też możliwe jest zmodyfikowanie kolejnego elementu jeszcze w chwili, gdy jest on umieszczony na stosie. Do ciebie należy podjęcie decyzji, czy jest to dobry styl programowania. void stack::pop () • Usuwa kolejny element stosu. Będzie nim element wstawiony jako ostatni (po wszyst- kich innych elementach stosu). • Funkcja nie zwraca wartości. W celu przetworzenia kolejnego elementu musisz wcze- śniej wywołać funkcję składową top(). • Przed wywołaniem funkcji składowej należy upewnić się, że stos zawiera jakiekolwiek elementy (size()>0). W innym przypadku jej działanie jest nieokreślone. bool comparison (const stack& stack1, const stack& stack2) • Zwraca wynik porównania dwóch stosów tego samego rodzaju. • comparison może być określony w jeden z poniższych sposobów: operator == operator != operator < operator > operator <= operator >= • Dwa stosy są jednakowe w przypadku, gdy zawierają taką samą liczbę identycz- nych elementów umieszczonych w tej samej kolejności (porównanie każdych dwóch odpowiadających sobie elementów musi dawać w rezultacie wartość true). • W celu sprawdzenia, czy jeden stos jest mniejszy od drugiego, oba porównywane są leksykograficznie. Więcej informacji zostało umieszczonych na stronie 338 wraz z opisem algorytmu o nazwie lexicographical_compare(). 10.1.4. Klasa stosu definiowanego przez użytkownika Standardowa klasa stack<> preferuje szybkość działania nad wygodę oraz bezpieczeństwo użytkowania. Nie jest to tym, co zazwyczaj ja uważam za najlepsze podejście. Dlatego też napisałem własną klasę stosu. Ma ona dwie zalety: 1. pop() zwraca kolejny element. 2. pop() oraz top() zwraca wyjątek w przypadku, gdy stos jest pusty. Dodatkowo pominąłem wszystkie funkcje składowe, które nie są niezbędne dla zwykłego użytkownika stosu, jak chociażby operacje porównania. Moja klasa stosu zdefiniowana została w następujący sposób: //cont/Stack.hpp /* ************************************************************ * Stack.hpp * - bezpieczniejsza oraz bardziej wygodna klasa stosu * ************************************************************/ #ifndef STACK_HPP #define STACK_HPP
    • 10.1. STOSY 407 #include <deque> #include <exception> template <class T> class Stack { protected: std::deque<T> c; // kontener zawierajacy elementy public: /* klasa wyjatku dla funkcji składowych pop() oraz top() wywolanych w przypadku pustego stosu */ class ReadEmptyStack : public std::exception { public: virtual const char* what() const throw() { return "proba odczytania pustego elementu"; } }; // liczba elementow typename std::deque<T>::size_type size() const { return c.size(); } // czy stos jest pusty? bool empty() const { return c.empty(); } // umiesc element na stosie void push (const T& elem) { c.push_back(elem); } // zdejmij element ze stosu i zwroc jego wartosc T pop () { if (c.empty()) { throw ReadEmptyStack(); } T elem(c.back()); c.pop_back(); return elem; } // zwroc wartosc kolejnego elementu T& top () { if (c.empty()) { throw ReadEmptyStack(); } return c.back(); } }; #endif /* STACK_HPP */ W przypadku zastosowania tej klasy stosu poprzedni przykład powinien zostać napisany następująco: // cont/stack2.cpp #include <iostream> #include "Stack.hpp" // wykorzystaj specjalna klase stosu using namespace std;
    • 408 10. KONTENERY SPECJALNE int main() { try { Stack<int> st; // umiesc na stosie trzy elementy st.push(1); st.push(2); st.push(3); // zdejmij ze stosu dwa elementy i wypisz je cout << st.pop() << ' '; cout << st.pop() << ' '; // zmodyfikuj kolejny element st.top() = 77; // dodaj dwa nowe elementy st.push(4); st.push(5); // pobierz jeden element bez jego przetwarzania st.pop(); /* pobierz trzy elementy i je wypisz * - Blad: o jeden element zbyt duzo */ cout << st.pop() << ' '; cout << st.pop() << endl; cout << st.pop() << endl; } catch (const exception& e) { cerr << "WYJATEK: " << e.what() << endl; } } Dodatkowe wywołanie funkcji składowej pop() powoduje błąd. W przeciwieństwie do standardowej klasy stosu, ta zdefiniowana powyżej zwraca w takim przypadku wyjątek, zamiast zachowywać się w nieokreślony sposób. Wynik działania programu jest nastę- pujący: 3 2 4 77 WYJATEK: proba odczytania pustego elementu 10.2. Kolejki Klasa queue<> implementuje kolejkę (znaną również pod nazwą kolejki FIFO). Funkcja składowa push() służy do wstawiania do niej dowolnej liczby elementów (patrz rysu- nek 10.3). Pobranie elementów z kolejki jest natomiast możliwe przy użyciu funkcji skła- dowej o nazwie pop(). Następuje to w tej samej kolejności co ich umieszczanie („first in, first out”, co w dosłownym tłumaczeniu oznacza „pierwszy wszedł, pierwszy wyszedł”, przyp. tłum.).
    • 10.2. KOLEJKI 409 RYSUNEK 10.3. Interfejs kolejki W celu wykorzystania kolejki konieczne jest dołączenie pliku nagłówkowego <queue>5: #include <queue> Deklaracja klasy queue w pliku nagłówkowym <queue> wygląda następująco: namespace std { template <class T, class Container = deque<T> > class queue; } Pierwszy z parametrów wzorca określa rodzaj elementów. Drugi natomiast jest opcjonalny i definiuje kontener używany wewnętrznie w celu skolejkowania elementów umieszczo- nych we właściwym kontenerze kolejki. Domyślnie przyjmowany jest kontener o nazwie deque. Na przykład poniższy wiersz zawiera deklarację określającą kolejkę, zawierającą łańcuchy znakowe6: std::queue<string> buffer; //kolejka przechowujaca łańcuchy znakowe Implementacja kolejki polega na prostym odwzorowaniu wykonywanych operacji na odpowiednie wywołania funkcji składowych używanego wewnętrznie kontenera (patrz rysunek 10.4). Możliwe jest użycie dowolnej klasy kontenera udostępniającej funkcje skła- dowe o nazwie front(), back(), push_back() oraz pop_front(). I tak na przykład w charakterze kontenera elementów możliwe byłoby wykorzystanie listy lub wektora: std::queue<std::string,std::list<std::string> > buffer; RYSUNEK 10.4. Wewnętrzny interfejs kolejki 5 W oryginalnej bibliotece STL plik nagłówkowy zawierający deklarację kolejki nosił nazwę: <stack.h>. 6 W poprzednich wersjach biblioteki STL istniała konieczność przekazywania kontenera w cha- rakterze obowiązkowego argumentu wzorca. Dlatego też kolejka zawierająca łańcuchy znakowe musiała być wtedy deklarowana w następujący sposób: queue<deque<string> > buffer;
    • 410 10. KONTENERY SPECJALNE 10.2.1. Interfejs W przypadku kolejek interfejs udostępniany jest poprzez funkcje składowe o nazwach push(), front(), back()oraz pop(): • Funkcja składowa push() umieszcza element w kolejce. • Funkcja składowa front() zwraca kolejny element z kolejki (element wstawiony do kolejki jako pierwszy). • Funkcja składowa back() zwraca ostatni element z kolejki (element wstawiony do kolejki jako ostatni). • Funkcja składowa pop() usuwa element z kolejki. Zwróć uwagę, że funkcja składowa pop() usuwa kolejny element, lecz go nie zwraca, podczas gdy funkcje składowe front() oraz back() zwracają kolejny element bez jego usuwania. Dlatego też w celu przetworzenia oraz usunięcia kolejnego elementu z kolejki konieczne jest wywołanie funkcji składowych front(), a następnie pop(). Opisany interfejs jest nieco niewygodny, lecz działa znacznie lepiej w przypadku, gdy chcesz jedynie usunąć kolejny element bez jego analizy i przetwarzania. Zauważ, że działanie funkcji składowych front(), back() oraz pop() jest niezdefiniowane w przypadku, gdy stos nie zawiera żadnych elementów. W celu umożliwienia sprawdzenia, czy na stosie umiesz- czone są jakiekolwiek elementy, dodane zostały funkcje składowe size() oraz empty(). Jeśli standardowy interfejs kontenera queue<> nie przypadł ci do gustu, możesz oczywiście w łatwy sposób napisać swój własny, bardziej wygodny w użyciu. Odpowiedni przykład zostanie umieszczony w podrozdziale 10.2.4. na stronie 413. 10.2.2. Przykład użycia kolejek Poniższy przykład demonstruje wykorzystanie klasy queue<>: // cont/queue1.cpp #include <iostream> #include <queue> #include <string> using namespace std; int main() { queue<string> q; // wstawia do kolejki trzy elementy q.push("To "); q.push("sa "); q.push("wiecej niz "); // odczytuje z kolejki dwa elementy i je wypisuje cout << q.front(); q.pop(); cout << q.front(); q.pop();
    • 10.2. KOLEJKI 411 // wstawia nowe elementy q.push("cztery "); q.push("slowa!"); // pomija jeden element q.pop(); // odczytuje i wypisuje dwa elementy cout << q.front(); q.pop(); cout << q.front() << endl; q.pop(); // wypisuje liczbe elementow w kolejce cout << "liczba elementow w kolejce: " << q.size() << endl; } Wynik działania programu wygląda następująco: To sa wiecej ni cztery slowa! liczba elementow w kolejce: 0 10.2.3. Klasa queue<> w szczegółach Podobnie do klasy stack<> typowa implementacja klasy queue<> nie wymaga raczej szczegółowego opisu: namespace std { template <class T, class Container = deque<T> > class queue { public: typedef typename Container::value_type value_type; typedef typename Container::size_type size_type; typedef Container container_type; protected: Container c; //kontener public: explicit queue(const Container& = Container()); bool empty() const { return c.empty(); } size_type size() const { return c.size(); } void push(const value_type& x) { c.push_back(x); } void pop() { c.pop_front(); } value_type& front() { return c.front(); } const value_type& front() const { return c.front(); } value_type& back() { return c.back(); } const value_type& back() const { return c.back(); } }; template <class T, class Container> bool operator==(const queue<T, Container>&, const queue<T, Container>&); template <class T, class Container> bool operator< (const queue<T, Container>&, const queue<T, Container>&); ...// (inne operatory porownania) }
    • 412 10. KONTENERY SPECJALNE Poniższa część tego podrozdziału zawiera szczegółowy opis pól oraz operacji. Definicje typu queue::value_type • Rodzaj elementów umieszczonych w kontenerze. • Składowa równoważna jest składowej container::value_type. queue::size_type • Typ całkowity bez znaku, określający rozmiar umieszczonych elementów. • Składowa równoważna jest składowej container::size_type. queue::container_type • Rodzaj kontenera. Funkcje składowe queue::queue () • Konstruktor domyślny. • Tworzy pustą kolejkę. explicit queue::queue (const Container& cont) • Tworzy kolejkę inicjalizowaną elementami umieszczonymi w obiekcie cont. • Kopiowane są wszystkie elementy umieszczone w kontenerze cont. size_type queue::size () const • Zwraca bieżącą liczbę elementów. • W celu sprawdzenia, czy kolejka jest pusta, używaj funkcji składowej o nazwie empty(), ponieważ może ona działać szybciej. bool queue::empty () const • Zwraca wartość logiczną, określającą, czy kolejka jest pusta (nie zawiera elementów). • Funkcja składowa równoważna konstrukcji postaci queue::size()==0, lecz może od niej działać szybciej. void queue::push (const value_type& elem) • Wstawia jako nowy element kolejki kopię elementu określonego przez wartość elem. value_type& queue::front () const value_type& queue::front () const • Obie postaci funkcji składowej zwracają kolejny element kolejki. Będzie nim element wstawiony jako pierwszy (przed wszystkimi innymi elementami kolejki). • Przed wywołaniem funkcji składowej należy upewnić się, że kolejka zawiera jakie- kolwiek elementy (size()>0). W innym przypadku jej działanie jest nieokreślone. • Pierwsza postać funkcji składowej przeznaczona jest dla stosów nieokreślonych jako stałe (nonconstant) i zwraca referencję. Dlatego też możliwe jest zmodyfikowanie
    • 10.2. KOLEJKI 413 kolejnego elementu jeszcze w chwili, gdy jest on umieszczony w kolejce. Do ciebie należy decyzja, czy jest to dobry styl programowania. value_type& queue::back () const value_type& queue::back () const • Obie postaci funkcji składowej zwracają ostatni element kolejki. Będzie nim element wstawiony jako ostatni (po wszystkich innych elementach kolejki). • Przed wywołaniem funkcji składowej należy upewnić się, że kolejka zawiera jakie- kolwiek elementy (size()>0). W innym przypadku jej działanie jest nieokreślone. • Pierwsza postać funkcji składowej przeznaczona dla stosów nieokreślonych jako statyczne (nonconstant) i zwraca referencję. Dlatego też możliwe jest zmodyfikowanie kolejnego elementu jeszcze w chwili, gdy jest on umieszczony w kolejce. Do ciebie należy podjęcie decyzji, czy jest to dobry styl programowania. void queue::pop () • Usuwa kolejny element kolejki. Elementem tym będzie element wstawiony jako pierwszy (przed wszystkimi innymi elementami kolejki). • Funkcja nie zwraca wartości. W celu przetworzenia kolejnego elementu musisz wcześniej wywołać funkcję składową front(). • Przed wywołaniem funkcji składowej należy upewnić się, że stos zawiera jakiekol- wiek elementy (size()>0). W innym przypadku jej działanie jest nieokreślone. bool comparison (const queue& queue1, const queue& queue2) • Zwraca wynik porównania dwóch kolejek tego samego rodzaju. • comparison może być określony na jeden z poniższych sposobów: operator == operator != operator < operator > operator <= operator >= • Dwie kolejki są jednakowe, w przypadku gdy zawierają taką samą liczbę elementów, z których wszystkie są jednakowe oraz umieszczone w tej samej kolejności (porów- nanie każdych dwóch odpowiadających sobie elementów musi dawać w rezultacie wartość true). • W celu sprawdzenia, czy jedna kolejka jest mniejsza od drugiej, obie porównywane są leksykograficznie. Więcej informacji umieszczonych jest wraz z opisem algorytmu o nazwie lexicographical_compare() na stronie 338. 10.2.4. Klasa kolejki definiowanej przez użytkownika Standardowa klasa queue<> preferuje szybkość działania nad wygodę oraz bezpieczeń- stwo użytkowania. Nie jest to tym, co zazwyczaj ja sam uważam za odpowiednie. Dlatego też napisałem własną klasę kolejki. Posiada ona dwie zalety:
    • 414 10. KONTENERY SPECJALNE 1. Funkcja składowa pop() zwraca kolejny element. 2. Funkcje składowe pop() oraz front() zwracają wyjątek, w przypadku gdy kolej- ka jest pusta. Dodatkowo pominąłem wszystkie funkcje składowe, które nie są niezbędne dla zwykłego użytkownika kolejki, jak chociażby operacje porównania oraz funkcję składową back(). Moja klasa kolejki zdefiniowana jest w nastepujący sposób: // cont/Queue.hpp /* ************************************************************ * Queue.hpp * - bezpieczniejsza i bardziej wygodna klasa kolejki * ************************************************************/ #ifndef QUEUE_HPP #define QUEUE_HPP #include <deque> #include <exception> template <class T> class Queue { protected: std::deque<T> c; // kontener przechowujacy elementy public: /* klasa wyjatku w przypadku wywolania funkcji składowych pop() oraz top() z pusta kolejka */ class ReadEmptyQueue : public std::exception { public: virtual const char* what() const throw() { return "proba odczytania pustego elementu"; } }; // liczba elementow typename std::deque<T>::size_type size() const { return c.size(); } // czy kolejka jest pusta? bool empty() const { return c.empty(); } // wstawia element do kolejki void push (const T& elem) { c.push_back(elem); } // odczytuje element z kolejki i pobiera jego wartosc T pop () { if (c.empty()) { throw ReadEmptyQueue(); } T elem(c.front()); c.pop_front(); return elem; }
    • 10.2. KOLEJKI 415 // pobiera wartosc kolejnego elementu T& front () { if (c.empty()) { throw ReadEmptyQueue(); } return c.front(); } }; #endif /* QUEUE_HPP */ W przypadku zastosowania powyższej klasy kolejki poprzedni przykład powinien mieć następującą postać: // cont/queue2.cpp #include <iostream> #include <string> #include "Queue.hpp" // uzywa specjalnej kolejki using namespace std; int main() { try { Queue<string> q; // wstawia do kolejki trzy elementy q.push("To "); q.push("sa "); q.push("wiecej niz "); // odczytuje z kolejki dwa elementy i je wyswietla cout << q.pop(); cout << q.pop(); // umieszcza w kolejce dwa nowe elementy q.push("cztery "); q.push("slowa!"); // pomija jeden element q.pop(); // odczytuje z kolejki dwa elementy i je wyswietla cout << q.pop(); cout << q.pop() << endl; // wyswietla liczbe pozostalych elementow cout << "liczba elementow w kolejce: " << q.size() << endl; // odczytuje i wyswietla jeden element cout << q.pop() << endl; } catch (const exception& e) { cerr << "WYJATEK: " << e.what() << endl; } } Dodatkowe wywołanie funkcji składowej pop() powoduje wystąpienie błędu. W prze- ciwieństwie do standardowej klasy kolejki, ta zdefiniowana powyżej zwraca w takim przypadku wyjątek, zamiast zachowywania się w bliżej nieokreślony sposób. Wynik dzia- łania programu jest następujący:
    • 416 10. KONTENERY SPECJALNE To sa cztery slowa! liczba elementow w kolejce: 0 WYJATEK: proba odczytania pustego elementu 10.3. Kolejki priorytetowe Klasa o nazwie priority_queue<> implementuje kolejkę, z której elementy odczyty- wane są zgodnie z ich priorytetem. Interfejs jest bardzo podobny do zwykłych kolejek. To znaczy funkcja składowa push() wstawia elementy do kolejki, podczas gdy funkcje składowe top() oraz pop() służą do pobrania oraz usunięcia kolejnego elementu (ry- sunek 10.5). Tym niemniej kolejny element nie jest elementem, który został wstawiony jako pierwszy. Jest on za to elementem o najwyższym priorytecie. Dzięki temu wszystkie elementy są częściowo posortowane ze względu na swoją wartość. Podobnie jak zazwyczaj kryterium sortowania może zostać podane w charakterze parametru wzorca. Domyślnie wszystkie elementy posortowane są przy użyciu operatora < w kolejności malejącej. Dla- tego też kolejny element w kolejce ma zawsze większą wartość. Jeśli istnieje więcej niż jeden taki element, kolejność ich pobierania jest niezdefiniowana. RYSUNEK 10.5. Interfejs kolejki priorytetowej Kolejki priorytetowe zdefiniowane są w tym samym pliku nagłówkowym co zwykłe kolejki: <queue>7 #include <queue> Deklaracja klasy priority_queue w pliku nagłówkowym <queue> wygląda następująco: namespace std { template <class T, class Container = vector<T>, class Compare = less<typename Container::value_type> > class priority_queue; } Pierwszy z parametrów wzorca określa rodzaj elementów. Drugi natomiast jest opcjonalny i definiuje kontener używany wewnętrznie w celu skolejkowania elementów umiesz- czonych we właściwym kontenerze kolejki priorytetowej. Domyślnie przyjmowany jest kontener o nazwie vector. Ostatni opcjonalny trzeci parametr definiuje kryterium sor- towania używane w celu odszukania kolejnego elementu o najwyższym priorytecie. Domyślnie elementy prównywane są przy użyciu operatora <. 7 W oryginalnej bibliotece STL kolejki priorytetowe zdefiniowane były w pliku o nazwie <stack.h>.
    • 10.3. KOLEJKI PRIORYTETOWE 417 Na przykład poniższy wiersz zawiera deklarację, określającą kolejkę priorytetową zawierającą liczby rzeczywiste8: std::priority_queue<float> pbuffer; //kolejka przechowujaca liczby rzeczywiste Implementacja kolejki polega na prostym odwzorowaniu wykonywanych operacji na odpowiednie wywołania funkcji składowych używanego wewnętrznie kontenera. Możliwe jest użycie dowolnej klasy kontenera udostępniającej iteratory o swobodnym dostępie oraz funkcje składowe o nazwach front(), push_back() oraz pop_front(). Swobodny dostęp jest konieczny w celu sortowania elementów przy użyciu algorytmów stogowych (zostały one opisane w podrozdziale 9.9.4., na stronie 375). I tak na przykład możliwe byłoby wykorzystanie w charakterze kontenera elementów obiektu typu deque: std::priority_queue<float,std::deque<float> > pbuffer; W celu zdefiniowania własnego kryterium sortowania konieczne jest przekazanie funkcji lub obiektu funkcyjnego w charakterze predykatu binarnego, używanego przez algorytmy sortowania do porównania dwóch elementów (więcej informacji na temat kryteriów sor- towania znajduje się w podrozdziale 6.5.2., na stronie 179 lub też w podrozdziale 8.1.1., na stronie 282). I tak na przykład poniższa deklaracja określa kolejkę priorytetową z sorto- waniem odwrotnym: std::priority_queue<float,std::vector<float>, std::greater<float> > pbuffer; W tego rodzaju kolejce kolejny element posiada zawsze mniejszą wartość. 10.3.1. Interfejs W przypadku kolejek priorytetowych interfejs udostępniany jest poprzez funkcje składowe o nazwach push(), top() oraz pop(): • Funkcja składowa push() umieszcza element w kolejce priorytetowej. • Funkcja składowa top() zwraca kolejny element z kolejki priorytetowej. • Funkcja składowa pop() usuwa element z kolejki priorytetowej. Podobnie jak w przypadku innych adaptatorów kontenerów, funkcja składowa pop() usuwa kolejny element bez jego zwracania, podczas gdy funkcja składowa top() zwraca kolejny element bez jego usuwania. Dlatego też w celu przetworzenia oraz usunięcia ko- lejnego elementu kolejki priorytetowej konieczne jest zawsze wywołanie obu tych funkcji. Podobnie również jak zazwyczaj, działanie obu wspomnianych funkcji nie jest określone w przypadku, gdy kolejka priorytetowa nie zawiera żadnych elementów. W przypadku wątpliwości możesz zawsze w celu określenia ich liczby użyć funkcji składowych size() oraz empty(). 8 W poprzednich wersjach biblioteki STL istniała konieczność przekazywania kontenera oraz kryterium sortowania w charakterze obowiązkowych argumentów wzorca. Dlatego też kolejka priorytetowa zawierająca liczby rzeczywiste musiała być wtedy deklarowana w następujący sposób: priority_queue<vector<float>, less<float> > buffer;
    • 418 10. KONTENERY SPECJALNE 10.3.2. Przykład użycia kolejek priorytetowych Poniższy program demonstruje zastosowanie klasy priority_queue<>: //cont/pqueue1.cpp #include <iostream> #include <queue> using namespace std; int main() { priority_queue<float> q; // wstaw do kolejki priorytetowej trzy elementy q.push(66.6); q.push(22.2); q.push(44.4); // odczytaj i wypisz dwa elementy cout << q.top() << ' '; q.pop(); cout << q.top() << endl; q.pop(); // wstaw kolejne trzy elementy q.push(11.1); q.push(55.5); q.push(33.3); // pomin jeden element q.pop(); // pobierz i wypisz pozostale elementy while (!q.empty()) { cout << q.top() << ' '; q.pop(); } cout << endl; } A oto wynik działania powyższego programu: 66.6 44.4 33.3 22.2 11.1 Jak widać, po wstawieniu do kolejki wartości 66.6 22.2 oraz 44.4 jako elementy o naj- wyższych wartościach program wyświetla 66.6 oraz 44.4. Po wstawieniu trzech kolej- nych elementów kolejka zawiera liczby 22.2, 11.1, 55.5 oraz 33.3 (podane w kolej- ności ich wstawiania). Kolejny element pomijany jest poprzez wywołanie funkcji składowej pop(), dlatego też końcowa pętla powoduje wyświetlenie liczb w kolejności: 33.3, 22.2 oraz 11.1. 10.3.3. Klasa priority_queue<> w szczegółach Większość operacji wykonywanych przez klasę priority_queue<> nie wymaga opisu, podobnie jak w przypadku klasy stack<> oraz queue<>:
    • 10.3. KOLEJKI PRIORYTETOWE 419 namespace std { template <class T, class Container = vector<T>, class Compare = less<typename Container::value_type> > class priority_queue { public: typedef typename Container::value_type value_type; typedef typename Container::size_type size_type; typedef Container container_type; protected: Compare comp; //kryterium sortowania Container c; //kontener public: //konstruktory explicit priority_queue(const Compare& cmp = Compare(), const Container& cont = Container()) : comp(cmp), c(cont) { make_heap(c.begin(),c.end(),comp); } template <class InputIterator> priority_queue(InputIterator first, InputIterator last, const Compare& cmp = Compare(), const Container& cont = Container()) : comp(cmp), c(cont) { c.insert(c.end(),first,last); make_heap(c.begin(),c.end(),comp); } void push(const value_type& x); { c.push_back(x); push_heap(c.begin(),c.end(),comp); } void pop() { pop_heap(c.begin(),c.end(),comp); c.pop_back(); } bool empty() const { return c.empty(); } size_type size() const { return c.size(); } const value_type& top() const { return c.front(); } }; } Jak można zauważyć, kolejka priorytetowa używa algorytmów stogowych, zdefiniowa- nych w bibliotece STL. Algorytmy te opisane są w podrozdziale 9.9.4. na stronie 375. Zwróć uwagę jednak, że w odróżnieniu od innych kontenerów nie zostały w tym miejscu zdefiniowane żadne operatory porównania. Poniższa część tego podrozdziału zawiera szczegółowy opis pól oraz operacji. Definicje typu priority_queue::value_type • Rodzaj elementów umieszczonych w kontenerze. • Składowa równoważna jest składowej container::value_type. priority_queue::size_type • Typ całkowity bez znaku, określający rozmiar umieszczonych elementów. • Składowa równoważna jest składowej container::size_type.
    • 420 10. KONTENERY SPECJALNE priority_queue::container_type • Rodzaj kontenera. Konstruktory priority_queue::priority_queue () • Konstruktor domyślny. • Tworzy pustą kolejkę priorytetową. explicit priority_queue::priority_queue (const CompFunc& op) • Tworzy pustą kolejkę priorytetową wykorzystującą kryterium sortowania określone przez argument op. • Przykłady przedstawiające sposób przekazywania kryterium sortowania w postaci argumentu konstruktora przedstawione zostały na stronie 191 oraz 210. priority_queue::priority_queue (const CompFunc& op, const Container& cont) • Tworzy kolejkę priorytetową inicjalizowaną elementami zawartymi w kontenerze cont oraz używającą kryterium sortowania przekazane w argumencie op. • Kopiowane są wszystkie elementy umieszczone w kontenerze cont. priority_queue::priority_queue (InputIterator beg, InputIterator end) • Tworzy kolejkę priorytetową inicjalizowaną elementami należącymi do zakresu [beg,end). • Funkcja ta jest wzorcem (patrz strona 27), dlatego też elementy zakresu źródłowego mogą być dowolnego typu, który możliwy jest do przekształcenia na typ elementu umieszczonego w kontenerze. priority_queue::priority_queue (InputIterator beg, InputIterator end, const CompFunc& op) • Tworzy kolejkę priorytetową inicjalizowaną elementami należącymi do zakresu [beg,end), używającą kryterium sortowania przekazane w argumencie op. • Funkcja ta jest wzorcem (patrz strona 27), dlatego też elementy zakresu źródłowego mogą być dowolnego typu, który możliwy jest do przekształcenia na typ elementu umieszczonego w kontenerze. • Przykłady przedstawiające sposób przekazywania kryterium sortowania w postaci arugumentu konstruktora przedstawione zostały na stronie 191 oraz 210. priority_queue::priority_queue (InputIterator beg, InputIterator end, const CompFunc& op, const Container& cont) • Tworzy kolejkę priorytetową inicjalizowaną elementami zawartymi w kontenerze cont oraz należącymi do zakresu [beg, end), używającą kryterium sortowania przeka- zane w argumencie op.
    • 10.4. KONTENER BITSET 421 • Funkcja ta jest wzorcem (patrz strona 27), dlatego też elementy zakresu źródłowego mogą być dowolnego typu, który możliwy jest do przekształcenia na typ elementu umieszczonego w kontenerze. Inne funkcje składowe size_type priority_queue::size () const • Zwraca bieżącą liczbę elementów. • W celu sprawdzenia, czy kolejka jest pusta, używaj funkcji składowej o nazwie empty(), ponieważ może ona działać szybciej. bool priority_queue::empty () const • Zwraca wartość logiczną, określającą, czy kolejka jest pusta (nie zawiera elementów). • Funkcja składowa równoważna konstrukcji postaci priority_queue::size() ==0, lecz może działać od niej szybciej. void priority_queue::push (const value_type& elem) • Wstawia do kolejki kopię elementu określonego przez wartość elem. const value_type& priority_queue::top () const • Zwraca kolejny element kolejki priorytetowej. Będzie nim element posiadający naj- większą wartość z wszystkich elementów kolejki. Jeśli istnieje więcej niż jeden taki element, nie jest zdefiniowane, który z nich zostanie zwrócony. • Przed wywołaniem funkcji składowej należy upewnić się, czy kolejka zawiera jakie- kolwiek elementy (size()>0). W innym przypadku jej działanie jest nieokreślone. void priority_queue::pop () • Usuwa kolejny element kolejki priorytetowej. Będzie nim element posiadający mak- symalną wartość z wszystkich elementów kolejki. Jeśli istnieje więcej niż jeden taki element, nie jest zdefiniowane, który z nich zostanie usunięty. • Funkcja nie zwraca wartości. W celu przetworzenia kolejnego elementu musisz wcześniej wywołać funkcję składową top(). • Przed wywołaniem funkcji składowej należy upewnić się, czy stos zawiera jakie- kolwiek elementy (size()>0). W innym przypadku jej działanie jest nieokreślone. 10.4. Kontener bitset Kontenery typu bitset są tablicami o ustalonym rozmiarze, zawierającymi bity lub wartości logiczne. Są one przydatne do zarządzania zestawami znaczników, w przypadku których odpowiednie zmienne mogą reprezentować dowolną kombinację znaczników. Programy utworzone w języku C oraz starszych standardach języka C++ wykorzystują zazwyczaj w charakterze tablic bitów zmienne typu long, manipulując nimi przy użyciu operatorów bitowych w rodzaju &, | oraz ~. Klasa bitset posiada nad takim podejściem
    • 422 10. KONTENERY SPECJALNE tę przewagę, że może przechowywać dowolną liczbę bitów, jak również zawiera dodat- kowe operatory, służące do zmiany stanu bitów. Na przykład możliwe jest przyporząd- kowywanie pojedynczych bitów i odczytywanie oraz zapisywanie ich całych zestawów poprzez użycie sekwencji zer i jedynek. Zwróć uwagę na fakt, iż niemożliwa jest zmiana liczby bitów w danym kontenerze bitset. Ich liczba określona jest jako parametr wzorca. Jeśli zachodzi potrzeba wyko- rzystania zmiennej liczby bitów lub wartości logicznych, możliwe jest wykorzystanie zmiennej typu vector<bool> (opisanej w podrozdziale 6.2.6., na stronie 161). Klasa bitset zdefiniowana jest w pliku nagłówkowym <bitset>: #include <bitset> W pliku nagłówkowym <bitset> klasa bitset zdefiniowana jest w postaci klasy wzorca, posiadającego parametr, określający liczbę bitów: namespace std { template <size_t Bits> class bitset; } W tym przypadku parametr nie jest określonym typem, lecz wartością całkowitą bez znaku (ta cecha języka została przedstawiona na stronie 26). Wzorce posiadające różne argumenty stanowią różne typy danych. Możliwe jest po- równywanie oraz łączenie kontenerów typu bitset zawierających tę samą liczbę bitów. 10.4.1. Przykłady użycia kontenerów bitset Wykorzystanie kontenerów bitset do przechowywania zestawu znaczników Pierwszy przykład zastosowania klas bitset przedstawia sposób ich wykorzystania do zarządzania zestawem znaczników. Każdy znacznik posiada wartość określoną za pomocą typu wyliczeniowego. Wartość ta została wykorzystana do określenia pozycji bitu. W tym przykładzie bity reprezentują kolory. Dlatego też również każda wartość typu wylicze- niowego Color określa jeden kolor. Dzięki zastosowaniu klasy bitset możliwe jest wykorzystanie zmiennych, które mogą zawierać dowolną kombinację kolorów: //cont/bitset1.cpp #include <bitset> #include <iostream> using namespace std; int main() { /* typ wyliczeniowy uzywany w klasie bitset * - kazdy bit reprezentuje kolor */ enum Color { red, yellow, green, blue, white, black, ..., numColors };
    • 10.4. KONTENER BITSET 423 // tworzy kontener bitset dla wszystkich bitow (kolorow) bitset<numColors> usedColors; // ustawia bity dla dwoch kolorow usedColors.set(red); usedColors.set(blue); // wypisuje informacje o niektorych danych przechowywanych // w klasie bitset cout << "wartosci bitowe uzytych kolorow: " << usedColors << endl; cout << "liczba uzytych kolorow: " << usedColors.count() << endl; cout << "wartosci bitowe niewykorzystanych kolorow: " << ~usedColors << endl; // jesli zostal wykorzystany jakikolwiek kolor if (usedColors.any()) { // przejrzyj wszystkie kolory for (int c = 0; c < numColors; ++c) { // jesli wykorzystany zostal rzeczywisty kolor if (usedColors[(Color)c]) { //... } } } } Wykorzystanie kontenerów bitset do operacji wejścia-wyjścia korzystających z reprezentacji bitowych Jedną z przydatnych właściwości klasy bitset jest możliwość przekonwertowania wartości całkowitych do postaci sekwencji bitów i na odwrót. Konieczne jest w tym celu wykorzystanie tymczasowego obiektu klasy bitset: // cont/bitset2.cpp #include <bitset> #include <iostream> #include <string> #include <limits> using namespace std; int main() { /* wyswietla reprzentacje bitowa kilku liczb */ cout << "267 w postaci binarnej liczby typu short: " << bitset<numeric_limits<unsigned short>::digits>(267) << endl; cout << "267 w postaci binarnej liczby typu long: " << bitset<numeric_limits<unsigned long>::digits>(267) << endl; cout << "10,000,000 w postaci binarnej liczby 24 bitowej: " << bitset<24>(1e7) << endl; /* przeksztalc reprezentacje binarna do postaci liczby calkowitej */
    • 424 10. KONTENERY SPECJALNE cout << ""1000101011" w postaci liczbowej: " << bitset<100>(string("1000101011")).to_ulong() << endl; } W zależności od liczby bitów przeznaczonych do reprezentowania liczby typu short oraz long, program mógłby dać następujące wyniki: 267 w postaci binarnej liczby typu short: 0000000100001011 267 w postaci binarnej liczby typu long: 00000000000000000000000100001011 10,000,000 w postaci binarnej liczby 24 bitowej: 100110001001011010000000 "1000101011" w postaci liczbowej: 555 W tym przykładzie zastosowanie klasy: bitset<numeric_limits<unsigned short>::digits>(267) powoduje przekształcenie liczby 267 do postaci kontenera bitset, zawierającego bity reprezentujące wartości typu unsigned short (omówienie największych możliwych do reprezentacji wartości liczbowych zostało umieszczone w podrozdziale 4.3., na stro- nie 72). Odpowiedni operator zdefiniowany w klasie bitset powoduje wyświetlenie sekwencji bitów w postaci znaków 0 oraz 1. Analogicznie użycie bitset<100>(string("1000101011")) przekształca sekwencję znaków reprezentujących bity do postaci obiektu klasy bitset, którego funkcja składowa to_ulong() powoduje zwrócenie wartości całkowitej. Zwróć uwagę, że liczba bitów powinna być mniejsza od wartości wyrażenia sizeof(unsigned long). W przypadku gdy dana wartość nie będzie mogła zostać reprezentowana w postaci zmiennej typu unsigned long, wygenerowany zostanie wyjątek9. 10.4.2. Szczegółowy opis klasy bitset Klasa bitset zawiera następujące operacje. Funkcje składowe służące do tworzenia, kopiowania oraz usuwania obiektów klasy bitset W przypadku klasy bitset zostały zdefiniowane pewne szczególne konstruktory. Tym niemniej nie istnieje zdefiniowany żaden specjalny konstruktor kopiujący, operator 9 Zwróć uwagę, iż wartość używana do inicjalizacji musi zostać najpierw jawnie przekształcona do postaci string. Stanowi to najprawdopodobniej błąd standardu, ponieważ w jego wczesniej- szych wersjach możliwe było użycie konstrukcji postaci: bitset<100>("1000101011") Tego rodzaju niejawna konwersja została przez przypadek pominięta podczas definiowania różnych konstruktorów tego wzorca. W programie został zaprezentowany proponowany sposób rozwią- zania tego problemu.
    • 10.4. KONTENER BITSET 425 przypisania ani destruktor. Dlatego też obiekty klasy bitset są przypisywane i kopio- wane przy użyciu domyślnych operacji na poziomie bitowym. bitset<bits>::bitset () • Konstruktor domyślny. • Tworzy zestaw bitów zainicjalizowany zerami. • Na przykład: bitset<50> flags: //zmienna flags: 0000...000000 //dlatego tez zawiera 50 niezainicjalizowanych bitow bitset<bits>::bitset (unsigned long value) • Tworzy zestaw bitów zainicjalizowany zgodnie z bitami wartości całkowitej value. • Jeśli liczba bitów wartości value jest zbyt mała, początkowe bity inicjalizowane są zerami. • Na przykład: bitset<50> flags(7): //zmienna flags: 0000...000111 explicit bitset<bits>::bitset (const string& str) bitset<bits>::bitset (const string& str, string::size_type str_idx) bitset<bits>::bitset (const string& str, string::size_type str_idx, string::size_type str_num) • Wszystkie formy funkcji tworzą kontener typu bitset inicjalizowany przy użyciu łańcucha znakowego str lub jego fragmentu. • Łańcuch znakowy lub jego część mogą zawierać jedynie znaki 0 oraz 1. • Wartość str_idx zawiera indeks pierwszego znaku łańcucha str, używanego do inicjalizacji. • W przypadku pominięcia wartości str_num używane są wszystkie znaki umiesz- czone w łańcuchu znakowym str począwszy od pozycji określonej wartością argu- mentu str_idx, aż do jego końca. • Jeśli łańcuch znakowy lub jego część zawierają mniejszą liczbę znaków, niż jest to wymagane, początkowe bity inicjalizowane są zerami. • Jeśli łańcuch znakowy lub jego część zawierają więcej znaków, niż jest to konieczne, pozostałe znaki są ignorowane. • W przypadku gdy str_idx > str.size(), generowany jest wyjątek out_of_ range. • W przypadku gdy jeden ze znaków jest inny niż dozwolony 0 lub 1, generowany jest wyjątek invalid_argument. • Zwróć uwagę, że ten konstruktor jest tylko wzorcem funkcji składowej (patrz strona 11), dlatego też w przypadku pierwszego argumentu nie została zdefiniowana niejawna kowersja typu const char* na string10. 10 Jest to najprawdopodobniej pomyłka podczas definiowania standardu, ponieważ w przypadku wcześniejszych jego wersji możliwe było użycie konstrukcji postaci: bitset<50>("1010101") Tego rodzaju niejawna konwersja została przez przypadek pominięta podczas definiowania różnych konstruktorów tego wzorca. W poniższym kodzie został zaprezentowany proponowany sposób rozwiązania tego problemu.
    • 426 10. KONTENERY SPECJALNE • Na przykład: bitset<50>flags(string("1010101")); //zmienna flags: 0000...0001010101 bitset<50>flags(string("1111000"), 2, 3); //zmienna flags: 0000...0000000110 Funkcje składowe niezmieniające wartości kontenera bitset size_t bitset<bits>::size () const • Zwraca liczbę używanych bitów. size_t bitset<bits>::count () const • Zwraca liczbę ustawionych bitów (bitów o wartości 1). bool bitset<bits>::any () const • Zwraca wartość logiczną, określającą, czy został ustawiony jakikolwiek bit. bool bitset<bits>::none () const • Zwraca wartość logiczną, określającą, czy nie został ustawiony żaden bit. bool bitset<bits>::test (size_t idx) const • Zwraca wartość logiczną, określającą, czy został ustawiony bit na pozycji idx. • W przypadku gdy idx >= size() zwraca wyjątek out_of_range. bool bitset<bits>::operator== (const bitset<bits>& bits) const • Zwraca wartość logiczną, określającą, czy bity umieszczone w kontenerze wskazy- wanym przez *this oraz bits posiadają tę samą wartość. bool bitset<bits>::operator!= (const bitset<bits>& bits) const • Zwraca wartość logiczną, określającą, czy bity umieszczone w kontenerze wskazy- wanym przez *this oraz bits posiadają różną wartość. Funkcje składowe zmieniające wartości kontenera bitset bitset<bits>& bitset<bits>::set () • Ustawia wszystkie bity, nadając im wartość true. • Zwraca zmodyfikowany zestaw bitów. bitset<bits>& bitset<bits>::set (size_t idx) • Ustawia bit na pozycji idx, nadając mu wartość true. • Zwraca zmodyfikowany zestaw bitów. • W przypadku gdy idx >= size(), generuje wyjątek out_of_range. bitset<bits>& bitset<bits>::set (size_t idx, int value) • Ustawia bit na pozycji idx, nadając mu wartość value. • Zwraca zmodyfikowany zestaw bitów.
    • 10.4. KONTENER BITSET 427 • Wartość określona przez value przetwarzana jest jak wartość logiczna (Boolean). W przypadku gdy jest ona równa 0, bit ustawiany jest jako false. Każda inna wartość powoduje ustawienie bitu jako true. • W przypadku gdy idx >= size(), generuje wyjątek out_of_range. bitset<bits>& bitset<bits>::reset () • Zeruje wszystkie bity, nadając im wartość false. • Zwraca zmodyfikowany zestaw bitów. bitset<bits>& bitset<bits>::reset (size_t idx) • Zeruje bit na pozycji idx, nadając mu wartość false. • Zwraca zmodyfikowany zestaw bitów. • W przypadku gdy idx >= size(), generuje wyjątek out_of_range. bitset<bits>& bitset<bits>::flip () • Zamienia wartości wszystkich bitów (ustawia bity nieustawione oraz na odwrót). • Zwraca zmodyfikowany zestaw bitów. bitset<bits>& bitset<bits>::flip (size_t idx) • Zamienia wartość bitu na pozycji idx (ustawia bit nieustawiony oraz na odwrót). • Zwraca zmodyfikowany zestaw bitów. • W przypadku gdy idx >= size(), generuje wyjątek out_of_range. bitset<bits>& bitset<bits>::operator^= (const bitset<bits>& bits) • Operator dokonujący bitowej operacji xor (exclusive or, czyli różnica syme- tryczna, przyp. tłum.). • Zamienia wartości wszystkich bitów ustawionych również w zmiennej bits i pozo- stawia niezmienione wszystkie inne wartości. • Zwraca zmodyfikowany zestaw bitów. bitset<bits>& bitset<bits>::operator|= (const bitset<bits>& bits) • Operator dokonujący bitowej operacji or (lub). • Ustawia wartości wszystkich bitów ustawionych również w zmiennej bits i pozo- stawia niezmienione wszystkie inne wartości. • Zwraca zmodyfikowany zestaw bitów. bitset<bits>& bitset<bits>::operator&= (const bitset<bits>& bits) • Operator dokonujący bitowej operacji and (i). • Zeruje wartości wszystkich bitów nieustawionych w zmiennej bits i pozostawia nie- zmienione wszystkie inne wartości. • Zwraca zmodyfikowany zestaw bitów. bitset<bits>& bitset<bits>::operator<<= (size_t num) • Przesuwa wszystkie bity w lewo o liczbę pozycji określoną za pomocą wartości num. • Zwraca zmodyfikowany zestaw bitów. • Pierwszych num bitów ustawianych zostaje jako false.
    • 428 10. KONTENERY SPECJALNE bitset<bits>& bitset<bits>::operator>>= (size_t num) • Przesuwa wszystkie bity w prawo o liczbę pozycji określoną za pomocą wartości num. • Zwraca zmodyfikowany zestaw bitów. • Ostatnich num bitów ustawianych zostaje jako false. Dostęp do bitów przy użyciu operatora [] bitset<bits>::reference bitset<bits>::operator[] (size_t idx) bool bitset<bits>::operator[] (size_t idx) const • Obie wersje funkcji zwracają bit umieszczony na pozycji wskazywanej przez war- tość idx. • Pierwsza funkcja używa typu pośredniczącego (proxy) w celu umozliwienia zwróce- nia wartości modyfikowalnej (lvalue). Szczegółowe informacje znajdziesz w dalszej części podrozdziału. • Przed wywołaniem funkcji konieczne jest sprawdzenie, czy wartość idx jest popraw- nym indeksem. W innym przypadku jej zachowanie jest niezdefiniowane. W przypadku wywołania dla niestatycznych (nonconstant) komponentów klasy bitset, operator [] zwraca specjalny tymczasowy obiekt typu bitset<>::reference. Obiekt ten używany jest w charakterze obiektu pośredniczącego11 (proxy) pozwalającego na wy- konywanie określonych modyfikacji z bitem wskazywanym przez operator []. W szcze- gólności dla typu reference zdefiniowanych zostało pięć różnych operacji: 1. reference& operator= (bool) Ustawia określony bit zgodnie z przekazaną wartością. 2. reference& operator= (const reference&) Ustawia określony bit zgodnie z wartością wskazywaną przez podaną referencję. 3. reference& flip () Zamienia wartość bitu na przeciwną. 4. operator bool () const Konwertuje w sposób automatyczny podaną wartość do wartości typu Boolean (wartości logicznej). 5. bool operator~ () const Zwraca wartość dopełniającą (inaczej komplementarna, czyli wartość przeciwną) danego bitu. Możliwe jest na przykład utworzenie kodu zawierającego poniższe instrukcje: bitset<50> flags; ... flags[42] = true; //nadaje wartosc bitowi o indeksie 42 flags[13] = flags[42]; //przyporzadkowuje wartosc bitu o indeksie 42 bitowi o indeksie 13 flags[42].flip(); //zamienia wartosc bitu o indeksie 42 if (flags[13]) { //jesli ustawiony jest bit o indeksie 13 flags[10] = ~flags[42]; //wtedy przyporzadkowuje bitowi o indeksie 10 wartosc //komplementarna bitu o indeksie 42 } 11 Obiekt tego rodzaju pozwala na większą kontrolę nad wykonywanymi operacjami. Jest często stosowany w celu zwiększenia bezpieczeństwa. W takim przypadku zazwyczaj zezwala on na wykonywanie konkretnych operacji, chociaż wartość zwracana zachowuje się w zasadzie dokładnie w ten sam sposób co wartość bool.
    • 10.4. KONTENER BITSET 429 Tworzenie nowych kontenerów typu bitset bitset<bits> bitset<bits>::operator~ () const • Zwraca nowy zestaw bitów, posiadający wszystkie bity ustawione przeciwnie do bitów wskazywanych, przez wskaźnik *this. bitset<bits> bitset<bits>::operator<< (size_t num) const • Zwraca nowy zestaw bitów, posiadający wszystkie bity przesunięte w lewo, o liczbę miejsc wskazywaną przez argument num. bitset<bits> bitset<bits>::operator>> (size_t num) const • Zwraca nowy zestaw bitów, posiadający wszystkie bity przesunięte w prawo, o liczbę miejsc wskazywaną przez argument num. bitset<bits> bitset<bits>::operator& (const bitset<bits>& bits1, const bitset<bits>& bits2) • Zwraca kontener bitset, którego zawartość jest wynikiem wykonania logicznej ope- racji and na zestawach bitów bits1 oraz bits2. • Zwraca nowy zestaw bitów z ustawionymi tymi bitami, które są również ustawione w bits1 oraz bits2. bitset<bits> bitset<bits>::operator| (const bitset<bits>& bits1, const bitset<bits>& bits2) • Zwraca kontener bitset, którego zawartość jest wynikiem wykonania logicznej operacji or na zestawach bitów bits1 oraz bits2. • Zwraca nowy zestaw bitów z ustawionymi tymi bitami, które są również ustawione w bits1 lub bits2. bitset<bits> bitset<bits>::operator^ (const bitset<bits>& bits1, const bitset<bits>& bits2) • Zwraca kontener bitset, którego zawartość jest wynikiem wykonania logicznej ope- racji xor na zestawach bitów bits1 oraz bits2. • Zwraca nowy zestaw bitów z ustawionymi tymi bitami, które są również ustawione w bits1, lecz nie w bits2 i na odwrót. Funkcje składowe służące do konwersji typów unsigned long bitset<bits>::to_ulong () const • Zwraca wartość całkowitą reprezentowaną poprzez bity umieszczone w przekaza- nym zbiorze bitów. • W przypadku gdy wartość ta nie może zostać zaprezentowana przy użyciu typu unsigned long, generuje wyjątek overflow_error. string bitset<bits>::to_string () const • Zwraca łańcuch znakowy, zawierający wartość zbioru bitów zapisaną w reprezentacji binarnej (0 dla bitów nieustawionych oraz 1 dla ustawionych). • Kolejność znaków jest równoważna kolejności uporządkowania bitów wraz ze zmniej- szaniem indeksu.
    • 430 10. KONTENERY SPECJALNE • Funkcja ta jest jedynie wzorcem funkcji parametryzowanym przez typ zwracanej wartości. Zgodnie z regułami języka musisz użyć poniższej konwencji: bitset<50> b; ... b.template to_string<char,char_traits<char>,allocator<char> >() Operacje wejścia-wyjścia istream& operator>> (istream& strm, bitset<bits>& bits) • Wczytuje do zmiennej bits zestaw bitów określony w postaci sekwencji znaków 0 oraz 1. • Kontynuuje odczyt do czasu wystąpienia jednej z poniższych sytuacji: • Odczytane zostały wszystkie znaki, które mogą zostać umieszczone w konte- nerze określonym przez zmienną bits. • W strumieniu strm wystąpił znak końca pliku. • Kolejny znak nie jest ani 0, ani 1. • Zwraca strumień wejściowy strm. • Jeśli liczba odczytanych bitów jest mniejsza niż liczba bitów w kontenerze bitset, jest on wypełniany zerami umieszczonymi w charakterze poczatkowych bitów dopeł- niających. • Jeśli operator ten nie może odczytać żadnego znaku w strumieniu strm, ustawia wartość ios::failbit, co może spowodować wygenerowanie odpowiadającego wyjątku (patrz podrozdział 13.4.4., strona 557). ostream& operator<< (ostream& strm, const bitset<bits>& bits) • Zapisuje bity umieszczone w zmiennej bits, przekonwertowane do postaci łańcucha znakowego zawierającego ich reprezentację binarną (i dlatego też będzie on zawierać sekwencję znaków 0 oraz 1). • W celu utworzenia znaków umieszczonych w strumieniu wyjściowym używa funkcji składowej to_string() (patrz strona 430). • Zwraca strumień wyjściowy strm. • Przykład użycia tego operatora został zaprezentowany na stronie 423.